搜索
物理第1部分专题突破方略专题七实验技能与创新第1讲力学实验与创新01热考核心高效突破02课后演练强化提能本部分属于高考必考内容，每个实验都有可能考查，但纸带类问题为命题的重点．由于实验考查“来源于大纲，而又不拘泥于大纲”的特点，所以在复习中一定要把握实验的灵魂——原理，只有在原理性内容掌握之后，才能进行数据的处理和误差分析．热点题型一研究匀变速直线运动实验装置图操作要领考查热点研究匀变速直线运动①平行：细绳、纸带与长木板平行②靠近：小车释放前，应靠近打点计时器的位置③先后：实验时先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带④适当：悬挂钩码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集①考装置：器材装配正误②考读算：读纸带计数点间位移；计算瞬时速度；计算加速度③摩擦力：无须平衡(木板平放或斜放均可)④远小于：无须满足(悬挂钩码质量与小车质量)(2019·高考全国卷Ⅰ)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出．在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是________点．在打出C点时物块的速度大小为________m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________m/s2(保留2位有效数字)．[解析]根据题述，物块加速下滑，在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是A点．根据刻度尺读数规则可读出，B点对应的刻度为1.20cm，C点对应的刻度为3.15cm，D点对应的刻度为5.85cm，E点对应的刻度为9.30cm，AB＝1.20cm,BC＝1.95cm,CD＝2.70cm,DE＝3.45cm.两个相邻计数点之间的时间T＝5×150s＝0.10s，根据做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，打出C点时物块的速度大小为vC＝BC＋CD2T≈0.233m/s.由逐差法可得a＝CD＋DE－（AB＋BC）4T2，解得a＝0.75m/s2.[答案]A0.2330.75纸带的三大应用(1)由纸带确定时间：要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于测量和计算．(2)求解瞬时速度：利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．如图所示，打n点时的瞬时速度vn＝xn＋xn＋12T.(3)用“逐差法”求加速度如图所示，a＝（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）（3T）2.1.(2018·高考北京卷)用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律．主要实验步骤如下：a．安装好实验器材．接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次．b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t＝0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F…所示．c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E…点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5…d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示．结合上述实验步骤，请你完成下列任务：(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有________和________(填选项前的字母)．A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝码)(2)在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v－t图象．(3)观察v－t图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是________．v－t图象斜率的物理意义是________．(4)描绘v－t图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动．用平均速度ΔxΔt表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是________(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差________(选填“有关”或“无关”)．(5)早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的．当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想．请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的．解析：(1)打点计时器用的是低压交流电源，故选A；打相邻计数点的时间间隔是已知的，故不需要秒表；计数点间的距离需要用刻度尺测量，故选C；由于不需要知道小车和重物的质量，故不需要天平(含砝码)．(2)先标出计数点C对应的坐标点，连线时要让尽量多的点在一条直线上．(3)依据v－t图象是直线(斜率一定)，即小车的速度随时间均匀变化，判断出小车做匀变速直线运动；v－t图象斜率的物理意义是加速度．(4)ΔxΔt表示的是Δt内的平均速度，只有当Δt趋近于零时，ΔxΔt才表示瞬时速度．因此若用ΔxΔt表示各计数点的瞬时速度，对Δt的要求是越小越好；从实验的角度看，选取的Δx越大，Δx的测量误差就越小，算出的速度的误差就越小，因此从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差有关．(5)如果小球的初速度为0，其速度v∝t，那么它通过的位移x＝0＋v2t，故推出x∝t2.因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化．答案：(1)AC(2)如图所示(3)小车的速度随时间均匀变化加速度(4)越小越好有关(5)如果小球的初速度为0，其速度v∝t，那么它通过的位移x∝t2.因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化热点题型二探究弹力和弹簧伸长之间的关系实验装置图操作要领考查热点探究弹力和弹簧伸长之间的关系①操作：弹簧竖直悬挂；待钩码静止时测出弹簧长度②作图：坐标轴标度要适中，单位要标注；连线时要使各数据点均匀分布在直线的两侧①考装置：器材装配、读数②考作图：根据记录数据作相关图线③考计算：根据F－x或F－l或m－x图象求k(2018·高考全国卷Ⅰ)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．现要测量图(a)中弹簧的劲度系数，当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________cm.当地的重力加速度大小为9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．[解析]实验所用的游标卡尺最小分度为0.05mm，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，题图(b)所示的游标卡尺读数为3.7cm＋15×0.05mm＝3.7cm＋0.075cm＝3.775cm.托盘中放有质量为m＝0.100kg的砝码时，弹簧受到的拉力F＝mg＝0.100×9.8N＝0.980N，弹簧伸长量为x＝3.775cm－1.950cm＝1.825cm，根据胡克定律F＝kx，解得此弹簧的劲度系数k＝Fx＝53.7N/m.[答案]3.77553.7探究弹力和弹簧伸长之间关系的三点注意(1)实验中的外力是钩码的重力提供，要注意钩码的个数和弹簧秤的限度．(2)橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，实验的数据处理中一般选用图象法．(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧．2.(1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，以下说法正确的是________．A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D．用几根不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等(2)若某同学采用的实验装置如图甲所示，所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．①有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在图乙中，请作出F－L图线．②由此图线可得出该弹簧的原长L0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.(结果均保留两位有效数字)(3)若某同学把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把L－L0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是________．解析：(1)弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度，否则弹簧会损坏，故A正确．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要保证弹簧位于竖直位置，使钩码的重力等于弹簧的弹力，要待钩码平衡时再读数，故B正确．弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，故C错误．拉力与伸长量之比是劲度系数，由弹簧决定，同一弹簧的劲度系数是不变的，不同的弹簧的劲度系数一般不同，故D错误．(2)①作出F－L图线，如图所示．②弹簧处于原长时，弹力为零，故弹簧的原长L0＝5cm；图象的函数表达式为F＝k(L－L0)，故斜率表示劲度系数，劲度系数k＝ΔFΔL＝2.00.15－0.05N/m＝20N/m.(3)当竖直悬挂时，由于自身重力的影响弹簧会有一段伸长量L1，但此时所挂重物的重力为0(F＝0)，结合弹簧弹力的特点可得，F＝k(L－L0－L1)＝k(L－L0)－kL1＝kx－kL1，其图象只可能是C图．答案：(1)AB(2)①图见解析②5.020(3)C热点题型三验证力的平行四边形定则实验装置图操作要领考查热点验证力的平行四边形定则①等效：同一次实验中橡皮条拉长后的结点O位置必须保持不变②拉力：沿弹簧测力计轴线方向拉，橡皮条、弹簧测力计和细绳套与纸面平行；两分力F1、F2的夹角不要太大或太小③作图：选定比例要相同；严格按力的图示要求作平行四边形求合力①考读数：弹簧测力计示数②考操作：两次拉橡皮条时需将结点O拉到同一位置③求合力：根据分力F1、F2大小与方向用作图法求合力④会区分：能区分合力的理论值与实验值(2018·高考天津卷)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)．(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有________．A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示．其中对于提高实验精度最有利的是________．[解析](1)由力的平行四边形定则知，橡皮条和两绳套夹角的角平分线不一定在一条直线上，两分力的大小也不一定小于合力，A、D项错误；验证力的平行四边形定则时，每次实验需保证合力与分力作用效果相同，结点O必须在同一位置．但重复实验时，可以改变合力的大小，故结点O的位置可以与前一次不同，B项正确；使用测力计测力时，施力方向应沿测力计轴线方向，读数时视线应正对测力计刻度，C项正确．(2)为了减小画图时表示力的方向的误差，记录各个力的方向时，需要确定相对较远的两个点，然后连线确定力的方向，A项错误；根据纸张大小，选择合适的标度，使图尽量大，所以B项正确，C、D项错误．[答案](1)BC(2)B验证力的平行四边形定则中的两点说明(1)本实验中一个弹簧测力计的作用效果与两个弹簧测力计的共同作用效果相同，具有等效替代关系，两次拉橡皮条时结点O完全重合，以保证力F1，F2的合力与F的作用效果相同．(2)实验过程